Transformator

In den Kraftwerken wird die elektrische Leistung mit Spannungen zwischen 6.000 und 21.000 Volt von den Generatoren erzeugt. Da für die Übertragung der Leistung (häufig mehr als einer Million Kilowatt) bei dieser Spannung sehr dicke Stromleiter erforderlich wären, wird die Spannung zum Transport über weite Strecken bis auf 380.000 Volt herauftransformiert und später für den Gebrauch stufenweise wieder heruntertransformiert, beispielsweise auf 230 Volt. Viele Haushaltsgeräte enthalten ebenfalls einen Transformator, der in den meisten Fällen die Netzspannung von 230 Volt auf die Kleinspannung von zum Beispiel 12 Volt transformiert.

Das Prinzip des Transformators beruht auf der elektromagnetischen Induktion, die auch die Grundlage der Stromerzeugung in Generatoren ist. Im einfachsten Fall besteht der Transformator aus einem lamellierten Weicheisenkern und zwei isolierten Kupferspulen, der Primär- und der Sekundärspule. Wird durch die Primärspule ein Wechselstrom geschickt, so bewirkt dies in der Sekundärspule ebenfalls einen Wechselstrom.

Ein Transformator arbeitet wie eine Über- oder Untersetzung in einem Getriebe. Um die Ausgangsspannung des Transformators zu verändern, haben die Primär- und Sekundärspule unterschiedliche Windungszahlen. Hiermit wird Strom und Spannung entsprechend den Windungszahlen herunter- bzw. herauftransformiert. Der Transformator selbst arbeitet nahezu verlustlos, so dass die Leistung auf der Eingangs- und Ausgangsseite etwa gleich ist. Da sich die Leistung nach den elektrischen Gesetzen aus dem Produkt von Strom und Spannung ergibt, wird der Strom um den gleichen Faktor verkleinert, um den die Spannung vergrößert wird: In der Spule mit vielen Windungen fließt kleiner Strom bei hoher Spannung, in der Spule mit wenigen Windungen fließt großer Strom bei kleiner Spannung.

Um bei unterschiedlichem Lastfluss immer für die richtige Spannung zu sorgen, besitzen viele Transformatoren Regelwicklungen, mit denen die Spannung stufenweise verkleinert oder vergrößert werden kann.

Bei Transformatoren großer Leistung befinden sich die Wicklungen in einem ölgefüllten Kessel. Das Öl dient zur Isolation und zur Kühlung. Die Wärme wird über Kühlrippen oder Kühlanlagen abgegeben. Die Stromzufuhr erfolgt über Durchführungen, die die Isolation zwischen Stromanschluss und Gehäuse sicherstellen.

Im dreiphasigen Drehstromnetz sind die drei Primär- und die drei Sekundärwicklungen meist in einem Kessel zusammengefasst. Die größten Transformatoren können heute mehr als 1000 MVA (entspricht einer Million Kilowatt) elektrischer Leistung übertragen und haben ein Transportgewicht von über 500 Tonnen. Bei diesen Leistungen werden die Wicklungen daher auch häufig auf drei einphasige Pole aufgeteilt.

Transformatoren zur Kupplung der Hochspannungsebenen haben typischerweise Leistungen zwischen 100 und 1000 MVA. Die Speisung der Mittelspannungsebene aus dem 110-kV-Netz erfolgt über Transformatoren der Leistung 15 bis 63 MVA. Verteil- und Netztransformatoren im Leistungsbereich zwischen 50 bis 2500 kVA dienen schließlich der Endversorgung der Verbraucher bei 230/400 V aus dem Niederspannungsnetz.